一种测量金属中氢含量的装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提出一种测量金属中氢含量的装置及方法，涉及测氢传感技术领域；所述装置包括金属熔体取样器、密封容器、热电偶、密封圈、密封盖、气路、电磁阀、压力变送器、三通阀、真空泵及控制器；通过热电偶，通过热电偶，先测试金属熔点，然后计算氢含量，可同时测试金属的熔点及氢含量，根据测试的熔点，在金属产生坯壳后，开始减压，避免氢析出进入气相，提高测试准确性。性。性。

【技术实现步骤摘要】
一种测量金属中氢含量的装置及方法


[0001]本专利技术涉及测氢传感
，具体涉及一种测量金属中氢含量的装置及方法。

技术介绍

[0002]氢为金属中的有害杂质，液相金属的氢饱和溶解度高于固相，在金属熔体凝固过程，氢气倾向于从金属熔体中析出，将导致金属内部疏松，产生不规则气孔，金属产生氢致缺陷，使金属的力学性能或物理化学性能显著降低，极大地影响了金属的致密性、疲劳极限、强度、塑性、耐腐蚀性、导电性和导热性等方面特性。因此，需要在生产过程快速测试铝中氢含量，以控制产品质量。
[0003]减压凝固法是金属材料生产中常用的一种测氢方法，该方法通过液态金属取样，置入密封的容器中，抽真空后，液态金属样在负压的条件下逐渐凝固。由于固液相金属中氢的饱和溶解度差，其负压的驱动，金属中氢在熔体凝固过程中析出，导致凝固后的金属样产生气孔，测试试样气孔率可表征铝中氢含量。但是，在金属凝固前，析出的氢可产生气泡进入气相，导致测试不准确。

技术实现思路

[0004]本专利技术要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种测量金属中氢含量的装置及方法，以避免氢进入气相，准确测试金属中氢含量。
[0005]为实现上述目的，本专利技术所采取的技术方案是：
[0006]一方面，本专利技术提供一种测量金属中氢含量的装置，所述装置包括：
[0007]金属熔体取样器、密封容器、热电偶、密封圈、密封盖、气路、电磁阀、压力变送器、三通阀、真空泵及控制器；其中，金属熔体取样器置于密封容器内，密封容器顶部有密封圈并覆盖可开启的密封盖；金属熔体取样器底部带有凹槽与固定于密封容器底部的热电偶测试点紧密接触；密封容器通过气路及三通阀与真空泵相连，密封容器还通过电磁阀与压力变送器相连，应用控制器采集热电偶数据，控制电磁阀的开关，调整控制减压容器真空度。
[0008]所述金属熔体取样器的材质为氮化硼、石墨、碳化硅、刚玉、钢、铜和镍其中之一及其多种的合金。
[0009]所述金属熔体取样器为刚玉、钢、铜和镍中的一种及其多种的合金时，其表面涂有氮化硼脱模剂。
[0010]所述密封容器的材质为钢、铜和镍其中之一及其多种的合金。
[0011]所述密封胶圈的材质为硅橡胶、氟橡胶和聚四氟乙烯其中之一。
[0012]所述热电偶为接触测试点裸漏的K型热电偶。
[0013]所述密封盖材质为钢、铜和镍及其合金、聚四氟乙烯、玻璃、石英其中之一。
[0014]所述气路的材质为不锈钢、铜和聚四氟乙烯其中之一。
[0015]所述三通阀门为三通真空球阀，其材质为不锈钢、铜和尼龙其中之一。
[0016]另一方面，本专利技术提供一种测量金属中氢含量的方法，采用所述测量金属中氢含
量的装置实现，包括以下步骤：
[0017]S1：打开密封盖，对金属熔体取样器进行预热；
[0018]S2：将三通阀门调整至真空泵与密封容器连接，关闭电磁阀，打开真空阀门；
[0019]S3：将盛取金属熔体试样的金属熔体取样器置入密封容器中，金属熔体取样器底部与热电偶紧密接触，关闭密封盖；
[0020]S4：采用控制器采集热电偶温度信号，当温度随时间的变化小于等于第一设定阈值时，记录温度，确定为待测金属的熔点；
[0021]S5：取出金属熔体取样器，倒出金属试样，对金属熔体取样器进行二次预热；
[0022]S6：采用预热后的金属熔体取样器盛取金属熔体试样，将取样后的取样器置入密封容器中，取样器底部与热电偶紧密接触，关闭密封盖；
[0023]S7：采用控制器采集热电偶温度信号；
[0024]S8：待金属熔体试样温度降低至熔点后，开启真空泵，当压力变送器测量真空度低于第二设定阈值时，关闭电磁阀；当真空度高于第二设定阈值时，开启电磁阀；
[0025]S9：待试样凝固后，取出试样，测试其相对密度，计算金属样气孔率及氢含量，计算过程如式(1)、式(2)所示：
[0026]L＝1
‑
A (1)
[0027][0028]其中，L为气孔率，A为相对密度，x为金属中氢含量，f(x)为凝固样的气孔率，M
P
为金属中氢溶解度，G
C
为增长控制常数，L
P
为待测试样在某压力下的测试最小气孔率，P
I
为凝固样的气孔率与氢含量关系的最大转变点，r为凝固样的气孔率与氢含量关系平均转变点。
[0029]所述对金属熔体取样器进行预热至600～900℃。
[0030]所述第一设定阈值为0.2℃/秒。
[0031]所述第二设定阈值为2.0kPa，误差为
±
0.2kPa。
[0032]采用上述技术方案所产生的有益效果在于：
[0033]1、本专利技术提出一种测量金属中氢含量的装置及方法，可通过热电偶，先测试金属熔点，然后计算氢含量，可同时测试金属的熔点及氢含量。
[0034]2、本专利技术提出一种测量金属中氢含量的装置及方法，可通过热电偶，测试金属温度，根据测试的熔点，在金属产生坯壳后，开始减压，避免氢析出进入气相，提高测试准确性。
附图说明
[0035]图1为本专利技术实施例提供的一种测量金属中氢含量的装置结构示意图；
[0036]图2为本专利技术实施例提供的一种测量金属中氢含量的方法流程图；
[0037]附图标记为：1、金属熔体取样器，2、金属试样，3、密封容器，4、热电偶，5、密封圈，6、密封盖，7、气路，8、电磁阀，9、压力变送器，10、三通阀，11、真空泵，12、控制器。
具体实施方式
[0038]下面结合附图和实施例，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述。
[0039]一方面，本实施例提供一种测量金属中氢含量的装置，如图1所示，所述装置包括：
[0040]金属熔体取样器1，金属试样2，密封容器3，热电偶4，密封圈5，密封盖6，气路7，电磁阀8，压力变送器9，三通阀10，真空泵11，控制器12；其中，盛有金属试样2的金属熔体取样器1置于密封容器3内，密封容器顶部有5密封圈5并覆盖可开启的密封盖6；盖金属熔体取样器1底部带有凹槽与固定于密封容器3底部的热电偶4测试点紧密接触；密封容器3通过气路7及三通阀10与真空泵11相连，密封容器3还通过电磁阀8与压力变送器9相连，应用控制器12采集热电偶数据，控制电磁阀8的开关，调整控制减压容器真空度。
[0041]所述金属熔体取样器1的材质为氮化硼、石墨、碳化硅、刚玉、钢、铜和镍其中之一及其多种的合金。
[0042]所述金属熔体取样器1为刚玉、钢、铜和镍中的一种及其多种的合金时，其表面涂有氮化硼脱模剂。
[0043]所述密封容器3的材质为钢、铜和镍其中之一及其多种的合金。
[0044]所述热电偶为接触测试点裸漏的K型热电偶。
[0045]所述密封圈5的材质为硅橡胶、氟橡胶和聚四氟乙烯其中之一。
[0046]所述本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种测量金属中氢含量的装置，其特征在于，所述装置包括：金属熔体取样器、密封容器、热电偶、密封圈、密封盖、气路、电磁阀、压力变送器、三通阀、真空泵及控制器；其中，金属熔体取样器置于密封容器内，密封容器顶部有密封圈并覆盖可开启的密封盖；金属熔体取样器底部带有凹槽与固定于密封容器底部的热电偶测试点接触；密封容器通过气路及三通阀与真空泵相连，密封容器还通过电磁阀与压力变送器相连，应用控制器采集热电偶数据，控制电磁阀的开关，调整控制减压容器真空度。2.如权利要求1所述的测量金属中氢含量的装置，其特征在于，所述金属熔体取样器的材质为氮化硼、石墨、碳化硅、刚玉、钢、铜和镍其中之一及其多种的合金。3.如权利要求2所述的测量金属中氢含量的装置，其特征在于，所述金属熔体取样器为刚玉、钢、铜和镍中的一种及其多种的合金时，其表面涂有氮化硼脱模剂。4.如权利要求1所述的测量金属中氢含量的装置，其特征在于，所述密封容器的材质为钢、铜和镍其中之一及其多种的合金；所述密封胶圈的材质为硅橡胶、氟橡胶和聚四氟乙烯其中之一。5.如权利要求1所述的测量金属中氢含量的装置，其特征在于，所述热电偶为接触测试点裸漏的K型热电偶。6.如权利要求1所述的测量金属中氢含量的装置，其特征在于，所述密封盖材质为钢、铜和镍及其合金、聚四氟乙烯、玻璃、石英其中之一。7.如权利要求1所述的测量金属中氢含量的装置，其特征在于，所述气路的材质为不锈钢、铜和聚四氟乙烯其中之一；所述三通阀门为三通真空球阀，其材质为不锈钢、铜和尼龙其中之一。8.一种测量金属中氢含量的方法，采用权利要求1所述的测量金属中氢含量的装置实现，包括以下步骤：S1：打开密封盖，将金属熔体取样器预热至600～900℃；S2：将三通...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁玉石，厉英，倪培远，黄文龙，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：